Nowe chłodziwa poprawiają osiągi akumulatorów pojazdów elektrycznych
Sektor transportu jest odpowiedzialny za blisko 20 % ogólnego zużycia energii. Obecnie jesteśmy świadkami popularyzacji pojazdów elektrycznych na rynku pojazdów osobowych. Proces ten postępuje jednak znacznie wolniej w sektorach transportu towarów, morskim i lotniczym, które odpowiadają za większość zużycia energii w transporcie. Rozwój pojazdów elektrycznych i wzrost ich wykorzystania w sektorze transportu wymaga rozwiązania szeregu wyzwań technologicznych. Użytkownicy wymagają większego zasięgu, pojemniejszych akumulatorów i szybszego ładowania. Rozwiązanie może stanowić poprawa osiągów systemów zarządzania temperaturą akumulatorów. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu I-BAT(odnośnik otworzy się w nowym oknie) postawił sobie za cel poprawę osiągów termicznych akumulatorów dzięki innowacjom w zakresie płynów chłodzących, symulatorów oraz urządzeń testowych i pomiarowych, które pozwolą na szybką komercjalizację ulepszonych systemów kontroli temperatury akumulatorów.
Systemy kontroli temperatury akumulatorów
Pojazdy elektryczne wykorzystują obecnie akumulatory litowo-jonowe, których zakres temperatur roboczych wynosi od 5 ℃ do 60 ℃. Utrzymanie temperatur w tym zakresie ma niezwykle istotne znaczenie, dlatego istniejące rozwiązania wykorzystują powietrze, wodę lub glikol do chłodzenia ogniw. Chłodziwa mogą odprowadzać ciepło z akumulatorów w wyniku bezpośredniego kontaktu lub pośrednio, dzięki obiegowi wokół ogniw w specjalnej obudowie. Badania prowadzone przez zespół projektu I-BAT koncentrowały się na przepływie i efektywności odprowadzania ciepła przez chłodziwo. Badacze analizowali także możliwości optymalizacji przepływu chłodziwa dzięki zastosowaniu odpowiedniej konfiguracji ogniw w akumulatorze. Celem prac było zaprojektowanie akumulatora wyposażonego w system kontrolowanych wirów maksymalizujących powierzchnię styku akumulatora z chłodziwem.
Chłodziwa na bazie oleju mineralnego
Oleje mineralne mają właściwości dielektryczne, co oznacza, że nie przewodzą ładunków elektrycznych, a zamiast tego je polaryzują. Dzięki temu mogą być wykorzystane jako chłodziwa akumulatorów. Zespół projektu I-BAT opracował dodatki do płynów chłodniczych na bazie oleju, aby poprawić ich nienewtonowską charakterystykę. Lepkość płynów nienewtonowskich zmienia się pod wpływem naprężeń, a właściwości lepkosprężyste usprawniają efektywny przepływ cieczy wokół ogniw akumulatora pojazdu elektrycznego. Chłodziwa opracowane przez zespół projektu I-BAT charakteryzują się olbrzymim potencjałem. Jak wyjaśnia Michael Wensing, koordynator projektu: „Opracowaliśmy nową klasę płynów chłodniczych, które spełniają wymogi dotyczące akumulatorów i zapewniają wyjątkową stabilność przepływu, co pozwala na stosowanie niezawodnych i wydajnych systemów chłodzenia zanurzeniowego”.
Symulatory i czujniki termoparowe z warstwą atomową
Kluczem do wdrożenia rozwiązania opracowanego w ramach projektu jest możliwość testowania innowacji. Zespół projektu I-BAT opracował wieloskalowe ramy symulacyjne obejmujące dynamikę molekularną, modelowanie mezoskalowe(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i obliczeniową dynamikę płynów. Ponadto badacze opracowali czujniki termoparowe z warstwą atomową, które pozwalają na wykorzystanie ultracienkich czujników w celu gromadzenia danych na temat strumienia ciepła z wysoką rozdzielczością. „Opracowanie tej obiecującej technologii doprowadziło już do założenia start-upu Hudyne(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Uważamy, że rozwiązanie charakteryzuje wyjątkowy potencjał wykorzystania zarówno w produktach, jak i w powiązanych usługach”, zauważa Wensing. Potwierdzenie skuteczności przez partnerów przemysłowych przyspieszy wprowadzenie rozwiązań projektu na rynek. Oddanie w ręce badaczy i projektantów rozwiązań złożonych narzędzi pozwalających na analizę płynów i urządzeń testujących o wysokiej przepustowości wspomoże ten proces. Jak uważa Wensing: „Specjalistyczny sprzęt testowy jest kluczem do komercjalizacji i wdrożenia na skalę przemysłową, ponieważ umożliwia kalibrację symulacji i ocenę właściwości płynów oraz osiągów wybranych konstrukcji”. Dalsze prace nad rozwojem rozwiązań prowadzi także start-up Fiona Systems(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Jeśli pojazdy elektryczne mają stanowić istotny element bezemisyjnej przyszłości, musimy rozwiązać szereg problemów technologicznych dotyczących akumulatorów. Koncentrując się na systemach odprowadzania ciepła, zespół projektu I-BAT opracował rozwiązanie, które poprawiło ich osiągi termiczne.